Auringon säteily tarkoittaa jatkuvaa sähkömagneettista säteilyä, joka saavuttaa maapallon pinnan ja koostuu infrapunasäteistä, näkyvästä valosta ja ultraviolettisäteistä. Näistä sininen valo edustaa näkyvän spektrin lyhyintä aallonpituutta ja korkeinta energiakaistaa. Tutkimukset osoittavat, että sininen valo tunkeutuu paremmin kuin ultraviolettisäteet ja aiheuttaa iholle samanlaisia vaurioita kuin UV-säteily.
LED-valot säteilevät valoa koko näkyvän spektrin alueella. Tietokoneiden näyttöjen, matkapuhelinten ja LCD-televisioiden laaja käyttö on lisännyt ihmisten altistumista siniselle valolle. Matkapuhelimet ja kannettavat tietokoneet säteilevät sinistä valoa aallonpituusalueella 400–460 nm, ja aallonpituudet 400–440 nm ovat sytotoksisia fibroblasteille. Siksi sinisen valon iholle aiheuttamaa vahinkoa ei pidä aliarvioida.
Sininen valo aiheuttaa monenlaisia ihovaurioita
Valovauriot vaikuttavat ihoon pääasiassa fotofysikaalisin, fototermisin ja fotokemiallisin vaikutuksin. Sinisen valon haittoihin kuuluvat pisamien ja ikäpisteiden muodostuminen, ihon ikääntymisen nopeutuminen ja ihon herkkyyden lisääntyminen.
Sininen valo indusoi apoptoosia Kun sininen valo vaikuttaa mitokondrioihin, se indusoi apoptoosia. Mitokondriot toimivat solujen oksidatiivisen stressin ja reaktiivisten happiyhdisteiden (ROS) tuotannon pääasiallisena paikkana, mikä säätelee apoptoosia. Mitokondriot absorboivat sinistä valoa (410 nm–440 nm) elektroninsiirtoketjun kautta, mikä laukaisee oksidatiivisia reaktioita, jotka indusoivat ROS-yhdisteiden muodostumista.ROS vähentää mitokondrioiden kalvopotentiaalia, mikä aiheuttaa mitokondrioiden läpäisevyyden siirtymäporien (MPTP) avautumisen. Tämä vapauttaa mitokondrioiden sytokromi C:n (CytC), joka sitoutuu apoptoosiin liittyvään proteiiniaktivaattori-1:een (Apaf-1) muodostaen apoptoottisen kompleksin Apaf-1-CytC.Sytoplasmamatriisissa apoptoottinen kompleksi rekrytoi kaspaasien perheen. Kaspaasi-9 käy läpi itsensä pilkkoutumisen ja aktivoitumisen, minkä jälkeen se aktivoi kaspaasi-3:n ja kaspaasi-7:n, käynnistäen reaktioiden ketjun, joka indusoi apoptoosia.
Samanaikaisesti lipofussiinin A2E-fluoresoiva ryhmä välittää sinistä valoa, joka aiheuttaa soluvaurioita.Solunsisäinen metaboliitti lipofussiini toimii ikääntyvien solujen merkkiaineena. Sen pääasiallinen fluoresoiva osa, N-asetyylerytritoli-N-retinolietanoliamiini (A2E), on erittäin herkkä siniselle valolle. Sinisen valon stimuloimana A2E kiihdyttää reaktiivisten happiyhdisteiden (ROS) tuotantoa ja aktivoi apoptoosireitin.Tutkimukset osoittavat, että A2E sijaitsee pääasiassa lysosomeissa, vähäisessä määrin mitokondrioiden kalvoilla, mutta ei lainkaan muissa organelleissa. A2E:n välittämä sinisen valon aiheuttama soluvaurio ilmenee kahdella eri tavalla. Ensinnäkin sinisen valon altistuminen häiritsee lysosomien transmembraanista elektronigradienttia, mikä johtaa lysosomaalisten entsyymien ja ROS:n vapautumiseen sytoplasmaan ja siten apoptoosin indusointiin.Toiseksi mitokondrioiden kalvoilla oleva A2E aiheuttaa mitokondrioiden kalvojen poikkeavuuksia, mikä johtaa kuolemaa edistävien tekijöiden, Apaf:n ja apoptoosia indusoivan tekijän (AIF), vapautumiseen ja käynnistää siten mitokondrioiden välittämän apoptoosiprosessin.Sinisen valon aiheuttamaa ihon valoikääntymistä koskevat tutkimukset viittaavat siihen, että ultraviolettisäteilyn tavoin sininen valo tuottaa reaktiivisia happiyhdisteitä, jotka aktivoivat mitogeeniaktivoidun proteiinikinaasin (MAPK) signalointireitin. Tämä reitti aktivoi sitten alavirran transkriptiotekijöitä, kuten c-Jun N-terminaalisen kinaasin (JNK) jasolunulkoisen signaalin säätelemän kinaasin (ERK) ja p38:n, mikä aktivoi transkriptiotekijän AP-1 ja indusoi matriisimetalloproteinaasin (MMP) ilmentymisen.Näistä epänormaalisti ilmentyvistä MMP:istä MMP-1 hajottaa ihmisen ihon tärkeimmät tyypin I ja tyypin III kollageenikuidut, kun taas MMP-3 hajottaa tyypin IV kollageenikuidut tyvikalvossa, mikä indusoi valoikääntymisen vaikutuksia iholle.
Sekä sininen valo että ultraviolettisäteily ovat ihon ikääntymisen pääasiallisia syitä. Vaikka UVA- ja UVB-säteilyn vaikutuksista ihoon on tehty laajaa tutkimusta, sinisen valon vaikutuksia tutkivat tutkimukset vaativat vielä lisää kehitystä.Ultraviolettisäteilyyn verrattuna sinisellä valolla on pidempi aallonpituus, minkä ansiosta se tunkeutuu paremmin epidermiksen ja dermiksen läpi. Tämä mahdollistaa sen, että se voi aiheuttaa merkittävää vahinkoa epiteelisolujen mitokondrioille. Sininen valo säteilee voimakkuudella, joka on verrattavissa keskipäivän ultraviolettisäteilyyn, ja aiheuttaa helposti ihon punoitusta, tulehdusta, kuivumista, hilseilyä ja kiristystä.Tutkimukset vahvistavat, että sininen valo muuttaa epidermaalisten solujen rakennetta ja vähentää kollageenin ja elastiinin tuotantoa, mikä johtaa ihon valoikääntymiseen. Siksi sinisen valon iholle aiheuttamat vauriot johtuvat pääasiassa reaktiivisten happiyhdisteiden kertymisestä, mikä aiheuttaa soluvaurioita, apoptoosia ja valoikääntymisen kaltaisia ongelmia.
Sininen valo aiheuttaa ihon pigmentaatiota Opsin3:n kautta, joka on G-proteiiniin kytkeytyvän reseptorisuvun jäsen ja esiintyy epidermaalisten keratinosyyttien ja melanosyyttien soluissa. Sininen valo aktivoi Opsin3:n, mikä laukaisee tyrosinaasin ja dopa-dehydrogenaasi-isomeraasin solunsisäisen ilmentymisen, mikä edistää melaniinin muodostumista ja johtaa ihon pigmentaatioon.
Tutkimukset osoittavat, että kun käytetään UVB- ja osittain UVA-säteilyä estäviä laajakirjoisia aurinkovoiteita, suurin osa solujen vaurioista voi johtua auringonvalon sinisestä valosta ja jäännös-UVA-säteilystä; vain UVA-säteilyä estävät aurinkovoiteet voivat vain osittain vähentää vapaiden radikaalien muodostumista ihmisen ihossa. Siten sininen valo on myös merkittävä tekijä vapaiden radikaalien kertymisessä elimistöön.
Aurinkovoiteiden rajoitettu sinisen valon suojaus
Vuoden 2015 painoksessa Cosmetic Safety Technical Specifications (Kosmetiikan turvallisuutta koskevat tekniset eritelmät) aurinkovoiteet määritellään aineiksi, joita lisätään kosmetiikkaan suojaamaan ihoa tietyltä ultraviolettisäteilyn aiheuttamalta vahingolta tai suojaamaan itse tuotetta hyödyntämällä valon absorptiota, heijastusta tai sirontaa. Tässä eritelmässä luetellaan 27 sallittua kosmeettista aurinkovoidetta, jotka on luokiteltu pääasiassa epäorgaanisiksi tai orgaanisiksi.
Epäorgaaniset aurinkosuojat suojaavat UV-säteilyltä pääasiassa absorboimalla ja hajottamalla valoa. Titaanidioksidi ja sinkkioksidi, jotka molemmat ovat nanokokoisia hiukkasia, ovat tällä hetkellä yleisimpiä epäorgaanisia aurinkosuojia aurinkosuojakosmetiikassa, ja ne toimivat absorboimalla UV-säteitä.Sekä titaanidioksidi että sinkkioksidi ovat puolijohdemateriaaleja. Niiden bandgap (energian ero johtavuusvyöhykkeen alimman energiatason ja valenssivyöhykkeen korkeimman energiatason välillä) on 3,06 eV (rutiilityyppi, R-tyyppi) ja 3,23 eV, mikä vastaa absorptiotaallonpituuksia 405 nm ja 385 nm. Näin ollen ne voivat absorboida tehokkaasti vain ultraviolettivaloa aallonpituusalueella 100 nm – 400 nm.
Suuremmat hiukkaset aurinkovoiteissa parantavat sirontaa, mutta heikentävät absorptiota; pienemmät hiukkaset heikentävät sirontaa, mutta vahvistavat absorptiota. Kun hiukkaskoko on riittävän pieni, valon sironta on merkityksetöntä, mikä tuottaa korkean läpäisykyvyn. Siten nanokokoiset epäorgaaniset aurinkovoiteet estävät tehokkaasti ultraviolettisäteilyn, mutta eivät suojaa siniseltä valolta.
Orgaaniset aurinkovoiteet sisältävät molekyyleissään aromaattisia tai kromoforirakenteita. Ne absorboivat fotoneja suljettujen konjugoitujen järjestelmien kautta ja vapauttavat energiaa resonanssikvantti-siirtymien tai fluoresenssin/fosforesenssin kautta. Samanaikaisesti enolisaatio prosessi saa molekyylin kuluttamaan energiaa, mikä luo syklin, jossa korkean energian tilat siirtyvät matalamman energian tiloihin, tarjoten siten UV-suojan.Tutkimukset osoittavat, että yleisesti käytetyt UV-absorboijat absorboivat aallonpituuksia yksinomaan ultraviolettispektrissä eivätkä absorboi näkyvää valoa. Näin ollen orgaaniset aurinkovoiteet eivät tarjoa suojaa siniseltä valolta.
Ainoastaan UV-suojaksi suunnitellut aurinkovoiteet eivät riitä suojaamaan kehoa sinisen valon aiheuttamilta fotokemiallisilta vaurioilta. Viime vuosina kansainvälisille markkinoille on tullut kosmetiikkatuotteita, joiden väitetään suojaavan ihoa sinisen valon haitoilta. Suurin osa näistä tuotteista perustuu antioksidanttien periaatteisiin. Vaikka ne voivat lieventää sinisen valon iholle aiheuttamia vaurioita jossain määrin, nykyiset kokeet osoittavat, että antioksidantit eivät yksinään riitä ihanteelliseen sinisen valon suojaan.
On tärkeää tutkia mekanismeja, joilla sininen valo vahingoittaa ihoa. Tämä tutkimus tarjoaa paitsi teoreettisen perustan sinistä valoa suojaavien kosmetiikkatuotteiden kehittämiselle, myös tunnistaa kohteita tarkalle ihonhoidolle. Sinistä valoa suojaavien kosmetiikkatuotteiden alalla on merkittävää potentiaalia tulevaisuuden kehitykselle.